Forscher aus Princeton haben eine Bakterienkolonie entdeckt, die mehr als 3 km unter der Erde lebt. Indem Wissenschaftler unter diesen extremen Bedingungen Leben finden, erweitern sie ihr Verständnis dafür, welche Arten von Gewohnheiten das Leben unterstützen können.
Eine von Princeton geleitete Forschungsgruppe hat eine isolierte Bakteriengemeinschaft fast zwei Meilen unter der Erde entdeckt, die ihre gesamte Energie eher aus dem Zerfall radioaktiver Gesteine als aus Sonnenlicht bezieht. Laut Mitgliedern des Teams deutet das Ergebnis darauf hin, dass das Leben unter ähnlich extremen Bedingungen auch auf anderen Welten existieren könnte.
Die sich selbst tragende Bakteriengemeinschaft, die in nährstoffreichem Grundwasser in der Nähe einer südafrikanischen Goldmine gedeiht, ist seit mehreren Millionen Jahren von der Erdoberfläche isoliert. Es stellt die erste Gruppe von Mikroben dar, von denen bekannt ist, dass sie ausschließlich von geologisch erzeugten Wasserstoff- und Schwefelverbindungen zur Ernährung abhängen. Die extremen Bedingungen, unter denen die Bakterien leben, ähneln denen der frühen Erde und bieten möglicherweise Einblicke in die Natur von Organismen, die lange vor der Sauerstoffatmosphäre unseres Planeten lebten.
Die Wissenschaftler, die aus neun kooperierenden Institutionen stammen, mussten 2,8 Kilometer unter der Oberfläche unserer Welt graben, um diese ungewöhnlichen Mikroben zu finden, was die Wissenschaftler zu ihren Spekulationen führte, dass Leben unter ähnlichen Umständen anderswo im Sonnensystem existieren könnte.
"Was meine Säfte wirklich zum Fließen bringt, ist die Möglichkeit des Lebens unter der Marsoberfläche", sagte Tullis Onstott, Professor für Geowissenschaften an der Princeton University und Leiter des Forschungsteams. „Diese Bakterien sind seit vielen Millionen Jahren von der Erdoberfläche abgeschnitten, gedeihen aber unter Bedingungen, die die meisten Organismen für unwirtlich für das Leben halten würden. Könnten sich diese Bakteriengemeinschaften selbst ernähren, egal was an der Oberfläche passiert ist? Wenn ja, besteht die Möglichkeit, dass Organismen sogar auf Planeten überleben, deren Oberflächen längst leblos geworden sind. “
Onstotts Team veröffentlichte seine Ergebnisse in der Ausgabe vom 20. Oktober der Zeitschrift Science. Zur Forschungsgruppe gehört der Erstautor Li-Hung Lin, der viele der Analysen als Doktorand in Princeton und anschließend als Postdoktorand an der Carnegie Institution durchführte.
"Diese Bakterien sind wirklich einzigartig im wahrsten Sinne des Wortes", sagte Lin, jetzt an der National Taiwan University. "Wir wissen, wie isoliert die Bakterien waren, weil Analysen des Wassers, in dem sie leben, zeigten, dass es sehr alt ist und nicht durch Oberflächenwasser verdünnt wurde. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass die Kohlenwasserstoffe in der Umwelt nicht wie üblich von lebenden Organismen stammen und dass die für ihre Atmung benötigte Wasserstoffquelle in der Zersetzung von Wasser durch radioaktiven Zerfall von Uran, Thorium und Kalium liegt. “
Da das Grundwasser, mit dem das Team die Bakterien gefunden hat, aus verschiedenen Quellen stammt, ist es weiterhin schwierig, genau zu bestimmen, wie lange die Bakterien isoliert wurden. Das Team schätzt den Zeitrahmen auf drei bis 25 Millionen Jahre, was bedeutet, dass Lebewesen noch anpassungsfähiger sind als gedacht.
"Wir wissen überraschend wenig über den Ursprung, die Entwicklung und die Grenzen des Lebens auf der Erde", sagte die Biogeochemikerin Lisa Pratt, die den Beitrag der Indiana University Bloomington zu dem Projekt leitete. „Wissenschaftler fangen gerade erst an, die verschiedenen Organismen zu untersuchen, die in den tiefsten Teilen des Ozeans leben, und die felsige Kruste auf der Erde ist in Tiefen von mehr als einem halben Kilometer unter der Oberfläche praktisch unerforscht. Die Organismen, die wir in diesem Artikel beschreiben, leben in einer völlig anderen Welt als die, die wir an der Oberfläche kennen. “
Diese unterirdische Welt, sagte Onstott, ist ein lichtloser Pool aus heißem, unter Druck stehendem Salzwasser, das nach Schwefel und schädlichen Gasen stinkt, die Menschen nicht atmen könnten. Aber die neu entdeckten Bakterien, die entfernt mit der Firmicutes-Teilung von Mikroben verwandt sind, die in der Nähe von hydrothermalen Unterwasserquellen existieren, gedeihen dort.
"Die Strahlung ermöglicht die Produktion vieler Schwefelverbindungen, die diese Bakterien als energiereiche Nahrungsquelle verwenden können", sagte Onstott. "Für sie ist es wie Kartoffelchips zu essen."
Aber die Ankunft des Forscherteams brachte eine Substanz in die unterirdische Welt, die, obwohl sie für das Überleben des Menschen lebenswichtig ist, für die Mikroben tödlich ist - Luft von der Oberfläche.
"Diese Tiere scheinen ein echtes Problem damit zu haben, Sauerstoff ausgesetzt zu sein", sagte Onstott. "Wir können sie scheinbar nicht am Leben erhalten, nachdem wir sie probiert haben. Aber weil diese Umgebung der frühen Erde so ähnlich ist, gibt sie uns einen Überblick darüber, welche Art von Kreaturen existiert haben könnten, bevor wir eine Sauerstoffatmosphäre hatten. “
Onstott sagte, dass vor vielen hundert Millionen Jahren einige der ersten Bakterien auf dem Planeten unter ähnlichen Bedingungen gediehen sein könnten und dass die neu entdeckten Mikroben Aufschluss über die Erforschung der Ursprünge des Lebens auf der Erde geben könnten.
"Diese Bakterien befinden sich wahrscheinlich nahe der Basis des Baumes für die bakterielle Domäne des Lebens", sagte er. „Sie könnten genealogisch ziemlich alt sein. Um dies herauszufinden, müssen wir sie mit anderen Organismen wie Firmicutes und anderen solchen wärmeliebenden Kreaturen aus Tiefseequellen oder heißen Quellen vergleichen. “
Das Forschungsteam baut ein kleines Labor 3,8 Kilometer unter der Oberfläche in der südafrikanischen Region Witwatersrand, um weitere Untersuchungen des neu entdeckten Ökosystems durchzuführen, sagte Onstott, der hofft, dass die Ergebnisse von Nutzen sein werden, wenn zukünftige Raumsonden zur Suche nach Leben geschickt werden auf anderen Planeten.
"Eine große Frage für mich ist, wie sich diese Kreaturen selbst ernähren." Sagte Onstott. „Hat sich dieser eine Bakterienstamm so entwickelt, dass er alle Eigenschaften besitzt, die er benötigt, um alleine zu überleben, oder arbeiten sie mit anderen Bakterienarten zusammen? Ich bin mir sicher, dass sie weitere Überraschungen für uns haben werden und uns eines Tages zeigen werden, wie und wo wir anderswo nach Mikroben suchen können. "
Weitere Autoren dieser Arbeit sind Johanna Lipmann-Pipke vom GeoForschungsZentrum, Potsdam, Deutschland; Erik Boice von der Indiana University; Barbara Sherwood Lollar von der University of Toronto; Eoin L. Brodie, Terry C. Hazen, Gary L. Andersen und Todd Z. DeSantis vom Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, Kalifornien; Duane P. Moser vom Desert Research Institute, Las Vegas; und Dave Kershaw von der Mponeng Mine, Anglo Gold, Johannesburg, Südafrika.
Pratt und Onstott arbeiten seit Jahren im Rahmen des Indiana-Princeton-Tennessee Astrobiology Institute (IPTAI) zusammen, einem von der NASA finanzierten Forschungszentrum, das sich auf die Entwicklung von Instrumenten und Sonden zur Lebenserfassung in Gesteinen und tiefem Grundwasser auf der Erde während der Planung der Untergrunderkundung von konzentriert Mars. Die Empfehlungen des IPTAI an die NASA werden sich auf die im Wissenschaftsbericht erörterten Ergebnisse stützen.
Diese Arbeit wurde auch durch Zuschüsse der National Science Foundation, des US-Energieministeriums, des National Science Council von Taiwan, des kanadischen Forschungsrats für Naturwissenschaften und Ingenieurwesen, der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des Killam Fellowships Program unterstützt .
Originalquelle: Pressemitteilung der Princeton University
